微粒捕集器喷油助燃再生旋流燃烧器流场特性研究

发布时间：2017-10-17 18:08

  本文关键词：微粒捕集器喷油助燃再生旋流燃烧器流场特性研究

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【摘要】：微粒捕集器作为降低柴油机颗粒排放的后处理装置存在定期再生的问题,其中喷油助燃再生技术适合我国具体国情等,具有良好的应用前景。而喷油助燃再生技术燃烧器的火焰稳定持续性对该再生技术影响重大,国内外有关此类问题的研究却并不多。因此,针对燃烧器的火焰稳定持续性问题进行研究具有重要的实用价值。本文以湖南省邵阳学院研究生创新项目(CX2014SY016)为依托,提出一种DPF再生旋流燃烧器,采用仿真模拟和试验结合的方式,对喷油助燃再生旋流燃烧器的主要结构参数及运行参数对流场及火焰的特性影响规律,以及旋流燃烧器火焰特性试验验证等3方面开展研究,取得的主要成果为:(1)基于旋流燃烧器回流稳流特性,结合微粒捕集器过滤体流体流动特性,自主设计一套喷油助燃再生旋流燃烧器,对其油气供给系统、点火系统和主体结构特性进行初步设计;(2)采用数值仿真的手段研究旋流燃烧器主要结构及运行参数对稳流稳燃特性的影响规律,对研究模型进行适当简化,采用合适的湍流及求解模型,利用正交试验设计法开展旋流燃烧器主要结构参数突扩比、长径比、供气管位置参数对流场中心回流区长度、突扩重附着区长度及旋流强度的影响规律研究,结果表明:突扩比2.5、长径比2.4且供气管位于燃烧室中间位置时流场稳定综合性能最好;在此结构基础上通过燃烧室非预混燃烧模拟得到燃烧器主要运行参数:供气流速、喷油率及燃烧室背压等对火焰特性影响规律,供气流速对火焰燃烧特性影响最大,其值达到5.97-6.63m/s且配合50-70g/min的喷油率时,火焰稳定性提高明显,排气背压过高时才对旋流燃烧室内火焰稳定产生影响,且影响相对较小;这些结论为提高旋流燃烧器设计理论及DPF再生的实际应用提供了参考;(3)以ZD25TCR高压共轨废气涡轮增压发动机为平台,设计搭建喷油助燃再生旋流燃烧器火焰温度、压力分布及流速测量试验方案及台架,试制仿真研究得到的综合性能较好的旋流燃烧器,通过试验采集燃烧器流速、温度及压力分布验证设计方案及仿真结果,试验结果表明:在供气流速5.97m/s时,试验结果与仿真吻合程度较低,而供气流速5.97m/s时,旋流燃烧器内火焰燃烧能够较充分进行,试验与仿真数据吻合较好,此时,无论温度、流速及压力还是火焰形态均表现出趋向稳定充分燃烧的态势。本文的研究工作为柴油机微粒捕集喷油助燃再生燃烧器的设计提供了新思路,对提高喷油助燃再生的可靠性及安全性具有一定的参考价值,同时,由于结构设计采用无量纲参数,能够方便进行不同规格发动机的匹配,为该类型喷油助燃再生燃烧器的推广应用奠定了基础。
【关键词】：微粒捕集器 喷油助燃再生 旋流燃烧器 回流 非预混燃烧 正交试验设计法
【学位授予单位】：邵阳学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK421.2
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-31
• 1.1 引言12-16
• 1.2 柴油机微粒排放净化处理技术16-20
• 1.2.1 机内净化16-18
• 1.2.2 后处理技术18-20
• 1.3 柴油机壁流式微粒捕集器简介20-22
• 1.4 柴油机微粒捕集器再生技术22-25
• 1.4.1 被动再生技术22-23
• 1.4.2 主动再生技术23-25
• 1.5 喷油助燃再生技术研究现状25-28
• 1.5.1 喷油助燃再生技术国外研究现状25-26
• 1.5.2 喷油助燃再生技术国内研究现状26-28
• 1.6 课题研究的意义与主要研究内容28-31
• 1.6.1 课题来源及意义28-29
• 1.6.2 论文主要研究内容与结构29-31
• 第2章 旋流燃烧器结构及运行参数设计31-40
• 2.1 本章前言31
• 2.2 旋流燃烧器的应用简介31-34
• 2.3 旋流燃烧器设计思路与设计要点34-37
• 2.3.1 旋流燃烧器燃烧室设计34-35
• 2.3.2 旋流燃烧器油气供给系统设计35-36
• 2.3.3 旋流燃烧器点火系统设计36-37
• 2.4 旋流燃烧器与微粒捕集器的匹配设计37-39
• 2.4.1 油气比与微粒捕集器的匹配设计37-38
• 2.4.2 燃烧温度与微粒捕集器的匹配设计38-39
• 2.4.3 火焰特征与微粒捕集器的匹配设计39
• 2.5 本章小结39-40
• 第3章 旋流燃烧器流场数值模型研究40-58
• 3.1 本章前言40
• 3.2 数值模拟基础40-47
• 3.2.1 CFD概述40-42
• 3.2.2 CFD计算方法42-47
• 3.3 旋流流动模型简介47-50
• 3.3.1 旋流流动模型47-48
• 3.3.2 FLUENT软件在旋流燃烧器的应用48-50
• 3.4 湍流模型及多孔介质模型和非预混燃烧模型简介50-57
• 3.4.1 湍流模型50-53
• 3.4.2 多孔介质模型53-55
• 3.4.3 燃烧模型55-57
• 3.5 本章小结57-58
• 第4章 旋流燃烧器流场特性的数值模拟研究58-84
• 4.1 本章前言58
• 4.2 模型处理及求解设置58-65
• 4.2.1 模型处理及网格划分58-60
• 4.2.2 求解关键设置60-61
• 4.2.3 初步计算结果对比61-65
• 4.3 旋流燃烧器结构参数对冷态流场特性的影响65-70
• 4.3.1 正交试验设计法研究结构参数对流场特性的影响65-70
• 4.3.2 结构参数对流场稳定性影响规律70
• 4.4 旋流燃烧器运行参数对火焰特性的影响70-82
• 4.4.1 正交试验设计法研究运行参数对火焰特性的影响71-80
• 4.4.2 与文献计算结果对比80-82
• 4.5 本章小结82-84
• 第5章 旋流燃烧器火焰特性试验研究84-96
• 5.1 微粒捕集喷油助燃再生旋流燃烧器台架简介84-87
• 5.2 旋流燃烧器火焰主要特征参数测量87-88
• 5.3 试验误差分析88-91
• 5.3.1 误差检验89-90
• 5.3.2 误差传递的简单分析90-91
• 5.4 旋流燃烧器火焰特性试验及数据处理91-94
• 5.4.1 燃烧器火焰特征参数测量及仿真对比验证91-93
• 5.4.2 燃烧器火焰图像采集及定性分析93-94
• 5.5 本章小结94-96
• 结论与展望96-99
• 参考文献99-107
• 致谢107-109
• 附录A 攻读硕士学位期间参与发表的学术论文目录109-110
• 附录B 攻读硕士学位期间参与完成的科技成果110-112
• 附录C 正交试验设计相关表格及主要试验仪器参数112-115

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本文编号：1050276